LFP와 NCM: 중국산 배터리가 한국을 이긴다? / 인산철 배터리 비중 확대

#배터리 원가절감

테슬라는 작년 6월 중국정부의 승인으로 CATL에서 LFP배터리를 공급받아 중국에서 생산하는 모델3(스탠다드)에 적용한다. 테슬라는 차값의 40%나 차지하는 배터리 가격을 어떻게든 낮추려하고 있다. LG화학 등에서 공급하는 NCM배터리는 가격이 비싼데다가 주재료인 코발트는 수급이 원활하지않고, 분쟁지역인 콩고에 있는데다 아동학대 논란도 있다. 그래서 눈을 돌린 것이 LFP배터리다. LFP배터리는 중국기업들의 기술이며, 한국 기업들(LG화학, 에코프로비엠, 포스코, 앨엔에프 등)은 NCM배터리를 개발해왔으므로, LFP에 대한 기술력이 낮다.

코발트 가격 추이 / 출처:한국광물공사

배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액으로 구성되는데, 그 중 양극재가 원가의 40%를 차지한다. 전기차용으로는NCM(니켈,코발트,망간)배터리가 많이 사용되는데, 니켈이 많으면 배터리 용량이, 코발트가 많으면 배터리 수명이 늘어나고, 망간이 많으면 가격이 낮아진다. 그런데 코발트 가격이 높다는 것이 문제다. 매장지역도 한정적이며(콩고), 코발트는 단일 채취가 불가능하고 니켈을 캐면서 부산물로 얻는 확률템이기 때문이다. 따라서 배터리 가격을 낮추려면 코발트를 없애거나 비중을 줄여야한다. 두 가지 전략이 가능할 것 같다. 코발트가 아예 없거나, 코발트 비중을 낮추거나. 

 

코발트 대신에 철을 사용한 것이 LFP배터리이다. 이는 중국이 지속적으로 개발했던 것이다. 한국 기업(에코프로비엠, LG화학, 앨엔에프, 포스코 등)들은 NCM배터리를 개발해왔다. 그리고 코발트의 비중을 낮추는데 집중한다. 

 

#배터리 특성 

배터리 특성 / 출처: 특허청(2016)

위 표와 같이, LFP는 주행거리 등 성능은 떨어지고, 무게가 나가는 대신 안전성과 수명이 높다. 그리고 코발트가 없기 때문에 값도 더 싸다.(111원/1wh) NCM은 스펙은 더 뛰어나지만, 비싸고(145원/1wh), 안전성이 떨어져 화재에 취약하다. 코나EV 등 최근 전기차 화재시 불길을 잡을 수 없던 것도 NCM배터리의 특성이기도 하다. LFP배터리는 폭발을 하지않고 그저 15분정도 연소한다. 

이렇듯 LFP가 값싸고 안전하다는 것에 주목한 테슬라는 모델3에 이어 모델Y에도 LFP배터리를 탑재하려한다.(관련기사: [차이나 모빌리티] 테슬라, CATL 이어 중국산 저가 배터리 늘리나 - 조선비즈 (chosun.com)) 

 

각각의 원자구조는 다음과 같다. 전문가가 아니니까, 그냥 참고만하자

왼쪽이 NCM(층상 구조) 오른쪽이 LFP(올리빈 구조)다. NCM은 리튬(초록색 동그라미)가 들어갈 공간이 많아 에너지 밀도가 높다. 하지만 층으로 구성되어 원자간 결착이 강하지는 않다. 반면, LFP는 리튬이 들어갈 공간이 적어서 밀도는 낮지만 원자까지 강하게 결착되어 안전성이 확보된다.

 

한국기업들은 LFP배터리가 성능의 문제로 주류가 될 수 없다고 말한다.(관련기사: 중국산 모델3 탑재 CATL LFP배터리, 성능 저하 심각...실제 저온 주행거리, 공식 기록의 절반 - M오토데일리 (autodaily.co.kr)) 그리고 NCM배터리에서 코발트 비중을 낮추는데집중한다. LFP배터리 장착한 모델3에서 화재가 난 것도 주목한다. 

LFP에 대한 한국기업의 생각 / 출처: ZDnet korea

하지만 중국은 LFP배터리에 셀투팩(CTP)기술을 적용해 에너지 밀도나 스펙 부분을 충족할 수 있다는 주장이다. 즉, 현재는 고성능 모델엔 한국산 배터리, 기본모델엔 중국 배터리(중국 판매용 한정)를 사용하고 있다. 다만 가격, 안정성의 측면에서 중국산 배터리의 비중이 점차 넓어지고 있는 현실인 것이다. 

 

한국기업 입장에서는 쉽지만은 않을 것이다. 주요 원료인 코발트 자체가 수급난이고, 더군다나 이미 중국자본이 콩고 코발트광산을 소유중이다. 코발트 비중을 낮춘다고 해도 가격을 충족하지 못할 수 있는 것이다. 중국은 역사적으로 꾸준히 원가절감 부분에서는 기술력이 좋았던 만큼, 과도기인 지금 시장에서 승기를 잡기가 순탄치는 않아보인다.